## POTENSI  ENERGI  SAMPAH  RUMAH TANGGA
HASIL PEMBAKARAN INSENERATOR SISTEM KONTINYU
Subagiyo 1 ; Eko Naryono 2 ; Sandra Santoso 3 ; dan Bambang irawan 4
1,4 Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Malang
2,3 Jurusan Teknik Kimia, Politeknik Negeri Malang
E-mail : bagpoltek50@gmail.com

## ABSTRACT
The  combustion  process  is  one  of  the  alternative  methods  of  processing waste  are  effectively  used  in  the  processing  of  household  organic  waste.  In  this study  used  a  continuous  combustion  incinerator  system,  with  a  flow  rate  of garbage 10 kg / h and a water content of 15% by the air blast rate of 1,5 - 2,5 liters /  sec.  Heat  of  combustion  is  used  to  heat  water  in  a  boiler  that  is  monitored  / measured  temperature  and  vapor  pressure.  This  study  aimed  to  obtain characterization Heating (temperature vs. time) and the potential energy that can be used to heat water in a kettle containing 5 liters of water with warming  from the  burning  of  household  organic  waste  experimentally.  Based  on  visual observation  and  temperature  measurement,  combustion  of  household  organic waste  can  produce  a  continuous  burning  about  30  minutes,  and  the  temperature between  350-400oC  on  the  outer  side  walls  of  the  boiler  /  closest  to  the combustion  chamber,  the  water  in  the  kettle  boiling  (100  °  C)  after  about  25 minutes, from the observed data can be calculated energy that can be utilized for heating is from about 5000 KJ of energy generated from waste incineration, 2000 to 3000 KJ can be used for heating water in a 5 liter boiler.
Keywords:  Potential  energy,  household  waste,  incinerator,  the  system continuously.

## 1. PENDAHULUAN
Kota  Malang  mempunyai  permasalahan  pada  pengelolaan  sampah  padat hasil  buangan  rumah  tangga  sejalan  dengan  semakin  bertambahnya  penduduk, urbanisasi  dan  terbatasnya  lahan  untuk  tempat  pembuangan  akhir.  Berdasarkan data dari Dinas Kebersihan dan Pertamanan (DKP) kota Malang volume rata rata sampah  tiap  bulan  bervariasi  pada  rentang  21000  m 3 sampai  28000m 3 dengan rincian sampah rumah tangga 19000 m 3 hingga 25000 m 3 , sampah pasar 2000 m 3 hingga  5000  m 3 sedangkan  sampah  industri  dan  pertamanan  volumenya  relatif
kecil.  Pengelolaan  sebagaian  besar  menggunakan  sistem  ditimbun    pada  lahan terbuka  ( open  dumping )  hanya  sebagaian  kecil  sekitar  2%  yang  didaur  ulang untuk kompos dan dimanfaatkan kembali. Sisa sampah yang belum dimanfaatkan sangat  besar  yang  pada  jangka  panjang  apabila  tidak  dilakukan  penanganan dengan baik dapat menimbulkan permasalahan lingkungan dan penyediaan lahan tempat pembuangan.
Komponen  sampah  padat  kota  Malang  yang  belum  dimanfaatkan  hampir 75% merupakan sampah rumah tangga yang terdiri dari beragam jenis campuran yaitu kayu, daun, makanan, plastik, kertas, tekstil dan  campuran  komponen  lain. Sampah ini ditimbun pada lahan terbuka    tanpa  diolah  terlebih  dahulu.  Semakin lama  volume  sampah  semakin  besar  sehingga  membutuhkan  lahan  tempat pembuangan  akhir  (TPA)  yang  semakin  luas.  Selain  itu  pengelolaan  sistem  ini mempunyai  potensi  menghasilkan  bahan  B3  yaitu  lindi  ( leachet ),  gas  metana (CH 4 ), sulfur dioksida yang sulit untuk dikontrol. Untuk itu diperlukan pemikiran alternatif  proses  pengolahan  sampah  padat  ini  guna  meminimalisasi  penyediaan lahan TPA dan dampak terhadap lingkungan.
Salah  satu  alternatif  pengolahan  yang  efektif  digunakan  adalah  proses pengolahan  secara  termal  untuk  menghasilkan  energi  panas.  Sistem  ini mempunyai  kelebihan  dibandingkan  dengan  pengolahan  komposting,  landfill maupun open dumping . Kelebihan pengolahan termal adalah membutuhkan waktu yang lebih singkat untuk menguraikan sampah padat  dibandingkan  ketiga  sistem tersebut.  Proses  pembakaran  mampu  mengurangi  volume  sampah  sampai  90% sedangkan  komposting, landfill dan open  dumping hanya  mampu  menurunkan volume  sebesar  40%  (Oppelt,  T.E;  2003).  Produk  yang  dihasilkan  sistem  ini berupa energi panas yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi .
Pada  penerapannya  pengolahan  termal  mempunyai  kelemahan  yaitu berpotensi  menghasilkan  gas  buang  yang  dikatagorikan  sebagai  bahan  buangan berbahaya (B3) yaitu particulate matter (PM), SO 2 , CO, CO 2 , HCl, dioksin, furan dan  logam  berat.  Terbentuknya  bahan  tersebut  dipengaruhi  jenis  komponen sampah,  proses  pembakaran  yang  tidak  sempurna  (Chang,  2007)  dan  sistem
pembakaran yang digunakan. Sistem pembakaran konvensional menghasilkan 10- 30% dari jumlah awal berupa particulate matter, fly ash dan bottom ash. Partikel padat ini mengandung hampir 60% jelaga ( shoot ) yang berbahaya bagi kesehatan apabila terhisap melalui pernafasan.
Pada  pengolahan  termal  terbentuknya  bahan  B3  pada  gas  buang  perlu diminimalisasi  sampai  mencapai  ambang  batas  yang  diperbolehkan.  Beberapa metode dapat dilakukan untuk menurunkan B3 antara lain  melakukan   perlakuan ( treatment )  pada  gas  buang  dengan  cara  menangkap  PM,  menyerap  gas  buang dengan scrubber dan membakar ulang gas buang pada pembakaran skunder.
Sampai saat ini  telah  banyak  publikasi  penelitian  tentang  berbagai  teknik  dan strategi  untuk  memperbaiki  kualitas  emisi  gas  buang  pada  proses  pembakaran sampah  kota    MSW  ( Municipal  Solid  Waste )  antara  lain (Cabalerro;  1997, Chang; 1998, Gordon; 2002 dan Liu; 2005  ). Namun belum ada penelitian yang dapat memberikan informasi tentang strategi  perbaikan  kualitas  emisi  gas  buang dengan metode mengontrol pembentukan jelaga pada proses pembakaran sampah rumah  tangga.  Menurut  penelitian  Jinliang  (1996)  penyebab  terbentuknya  jelaga pada  pirolisa  batubara  adalah  terbentuknya  tar  yang  mengalami  reaksi pembakaran. Berdasarkan penelitian tersebut , diharapkan phenomena ini berlaku pada  pirolisa  sampah  sehingga  dapat  digunakan  sebagai  dasar  untuk  mengontrol terbentuknya jelaga pada pembakaran sampah organik rumah tangga.
Pada  penelitian  ini  akan  dipelajari  kualitas  gas  buang  pembakaran  arang  hasil pirolisa  sampah  organik  rumah  tangga  setelah  tar  yang  terbentuk  dipisahkan terlebih  dahulu  dengan  cara  dikondensasikan.  Sampah  organik  yang  digunakan diperoleh  dari  hasil  pemilahan  sampah  rumah  tangga.  Hasil  penelitian  ini  dapat digunakan  sebagai  dasar  perancangan  peralatan  pembakar  sampah  ramah lingkungan.
Tujuan penelitian ini adalah:
1. Mengetahui  karakteristik  pemanasan  hasil  pembakaran  sampah  untuk pemanasan ketel pada incenerator system kontinyu.
2. Mengetahui  besarnya  energi  panas  yang  dapat  dimanfaatkan  untuk  pesawat pemanas  atau  yang  lainya  dari  hasil  pembakaran  sampah  organic  dengan incinerator system kontinyu.

## 2. METODE DAN BAHAN  PENELITIAN
Penelitian dilakukan dengan menggunakan peralatatan insenerator sistem kontinyu  dengan  kapasitas  10  Kg/jam,  skema  rancangan  susunan  gambar peralatan diperlihatkan pada gambar 2.1.

## 2.1  Bahan yang Digunakan
Bahan  yang  digunakan  untuk  percobaan  dan  analisa  tertera  pada  tabel  2.1 berikut :
Tabel 2.1. Jenis bahan yang dipakai
No Nama Bahan Spesifikasi 1 Sampah rumah tangga _ 2 Asam asetat pa 3 NaOH pa 4 Asam Sulfat pa 5 Hidrogen peroksida pa

## 2.2  Rancangan susunan peralatan
Susunan peralatan yang digunakan untuk percobaan pemanfaatan energi panas hasil pembakaran sampah rumah tangga direnanakan seperti terlihat pada gambar 2.1 berikut.
Gambar 2.1. Susunan peralatan percobaan

## 2.3. Prosedur Percobaan
Eksperimen  dibagi  menjadi  tiga  tahap  yaitu  persiapan  bahan  baku, pembakar sampah dan analisa gas buang.
Persiapan  bahan  baku :  Bahan  baku  sampah  diambil  dari  gerobak pengangkut di TPS Tlogo mas. Sampah mula mula dipilah antara  bahan  organik dan  anorganik.  Pengertian  sampah  anorganik  adalah  sampah  yang  tidak  dapat didegradasi menggunakan proses biologi misalnya plastik, kertas koran, kain, ban, botol.  Sampah  organik  adalah  sampah  yang  dapat  didegradasi  secara  biologi misalkan  makanan,  sayur,  buah  dan  daun  dari  tanaman.  Selanjutnya  sampah organik ini dipotong potong dengan ukuran 2  cm,  kemudian  dikeringkan  sampai kandungan airnya mencapai 15%.
Pembakaran  sampah :  Sampel  sampah  dimasukkan  kedalam  tungku pembakar  oleh  feeder,  setelah  proses  pembakararan    kemudian  dipirolisa  pada peralatan pembakar sampah  seperti terlihat  pada  gambar  2.1  Uap  dan  gas  buang didinginkan  pada  kondensor,  sehingga  tar  yang  terbentuk  mengembun. Selanjutnya  gas  yang  tidak  mengembun  dan  telah  terpisah  dari  tar  dialirkan  ke peralatan  analisa  gas  untuk  mengetahui  komponen  penyusun  gas  buang.  Arang sisa  pembakaran  kemudian  dibakar  dan  gas  buang  yang  terbentuk  dianalisa komponen penyusunnya,
Analisis  gas  buang :  Analisa  gas  buang  dilakukan  menggunakan  gas analyser  untuk  mengetahui  komponen  CO,  CO 2 ,  NOx  dan  HC  sedangkan particulate matter dianalisa dengan cara penimbangan. Gas buang yang dianalisa diambil  dari  jalur  gas  buang  hasil  pirolisa  sampah    dan  pembakaran  arang  sisa pirolisa. Gas  ini  mula  mula  disaring  untuk  menangkap    PM,  kemudian  dialirkan ke peralatan analiser gas.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Hasil analisa komposisi sampah.
Hasil  analisa  komposisi  sampah  dapat  dilihat  pada  tabel  dan  gambar  –gambar berikut :
Tabel 3.1 . Data hasil analisa komposisi sampah daun
No Komponen penyusun %massa 1 2 3 4 5 6 Karbon Hidrogen Oksigen Nitrogen Sulfur Abu 47,8 6 38 3,4 0,3 4,5
3.2     Profil Temperatur pemanasan dinding ketel dengan jarak pembakaran bervariasi.
Temperatur pemanasan pada dinding ketel dengan jarak pemanasan yang berbeda dapat dilihat pada  gambar 3.1, 3.2 dan 3.3, Kurva ini didapat dari pembakaran sampah dengan laju pengisian 10 kg/jam dengan tiupan udara 2,5 liter/detik dan air dalam ketel yang dipanaskan sebanyak 5 liter
Gambar 3.1 Profil Temperatur pemanasan dengan jarak 5 Cm dari pembakaran
Gambar 3.2 Profil Temperatur pemanasan dengan jarak 10 Cm dari pembakaran
Gambar 3.3 Profil Temperatur pemanasan dengan jarak 15 Cm dari pembakaran Dari hasil pembakaran sampah seperti terlihat pada kurfa diatas energi yang dapat diserap oleh air didalam  ketel  dapat dilihat seperti berikut :
3.3 Penyerapan Energi panas oleh Air jarak 5 cm
0 1000 2000 3000 4000 5000 0 6 12 18 24 30 36 E. Sampah (kJ) E air  (kJ)
Gambar 3.4  Grafik waktu vs energi
Penelitian  eksperimen  menunjukan  hasil  bahwa  ada  penyerapan  energi oleh  air          didalam    proses  pembakaran  sampah  pada  jarak  bejana  5  cm.  Dari gambar  3.4  grafik  waktu  vs  energi  diatas,  energi  yang  bisa  diserap  oleh  air tergantung  dari  waktu  pembakaran  sampah,  semakin  lama  pembakarannya  akan semakin  besar  energi  yang  bisa  diserap  oleh  air  hal  ini  disebabkan  karena pelepasan energi kalor sampah semakin lama semakin besar. Pada  waktu  sekitar 40  menit  penyerapan  energi  panas  oleh  air  sudah  mulai  stabil,  enerji  yang  bisa diserap  sekitar  1947  kJ  sedangkan  energi  yang  dihasilkan  oleh  sampah  sekitar 4475 kJ
3.4 Penyerapan Energi panas oleh Air jarak 10 cm 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 0 6 12 18 24 30 36 E. Sampah (kJ) E air (kJ)
Gambar 3.5 Grafik waktu vs energi
Penelitian  eksperimen  menunjukan  hasil  bahwa  ada  penyerapan  energi oleh  air  didalam  proses  pembakaran  sampah  pada  jarak  bejana  10  cm.  Dari gambar  3.5  grafik  waktu  vs  energi  diatas,  energi  yang  bisa  diserap  oleh  air tergantung  dari  waktu  pembakaran  sampah,  semakin  lama  pembakarannya  akan semakin  besar  energi  yang  bisa  diserap  oleh  air  hal  ini  disebabkan  karena pelepasan energi kalor sampah semakin lama semakin besar. Pada  waktu  sekitar 40  menit  penyerapan  energi  panas  oleh  air  sudah  mulai  stabil,  enerji  yang  bisa diserap  sekitar  2460  kJ  sedangkan  energi  yang  dihasilkan  oleh  sampah  sekitar 5091 kJ
3.5 Penyerapan Energi panas oleh Air jarak15cm
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 E. Sampah (kJ) E air  (kJ)
Gambar 3.6 Grafik waktu vs energi
Penelitian  eksperimen  menunjukan  hasil  bahwa  ada  penyerapan  energi oleh  air  didalam  proses  pembakaran  sampah  pada  jarak  bejana  15  cm.  Dari gambar  3.6  grafik  waktu  vs  energi  diatas,  energi  yang  bisa  diserap  oleh  air
tergantung  dari  waktu  pembakaran  sampah,  semakin  lama  pembakarannya  akan semakin  besar  energi  yang  bisa  diserap  oleh  air  hal  ini  disebabkan  karena pelepasan energi kalor sampah semakin lama semakin besar. Pada  waktu  sekitar 40  menit  penyerapan  energi  panas  oleh  air  sudah  mulai  stabil,  enerji  yang  bisa diserap  sekitar  2665  kJ  sedangkan  energi  yang  dihasilkan  oleh  sampah  sekitar 5050 kJ
Dari  ketiga  gambar  diatas  menunjukkan  bahwa  semakin  jauh  tempat  bejana  air dengan posisi pembakaran sampah energi yang diserap oleh air semakin besar, hal ini  disebabkan  pembakaran  sampahnya  semakin  sempurna,  pembakran  sampah lebih sempurna karena ada waktu dan ruang yang cukup  untuk menyempurnakan pembakaran sampah. Bisa dilihat pada jarak 5 cm pembakaran sampahnya kurang baik karena waktu dan ruang pembakaran kurang besar.
Dengan adanya transfer energi dari pembakaran sampah ke air yang cukup besar maka sampah organik bisa dijadikan energi alternatif yang terbarukan.

## 4. Kesimpulan
Dengan  laju  alir  sampah  10  kg/jam  dan  laju  alir  udara  tiup  2,5  liter, temperature steady diperoleh setelah waktu 30 menit , air mendidih ( temperature 100 o C  )  setelah  25  menit.  Dari  hasil  pembakaran  sampah  ini  Energi  yang  dapat diserap oleh air dalam ketel adalah:
1.  Untuk  jarak  ketel  dengan  pembakaran  5  cm  diperoleh  1947  KJ,  dari  yang dihasilkan sampah sekitar 4475 KJ.
2.  Untuk  jarak  ketel  dengan  pembakaran  10  cm  diperoleh  2460  KJ,  dari  yang dihasilkan sampah sekitar 5091 KJ.
3.  Untuk  jarak  ketel  dengan  pembakaran  15  cm  diperoleh  2665  KJ,  Dari  yang dihasilkan sampah sekitar 5050 KJ.
Dari  hasil  diatas  dapat  dijelaskan  bahawa  semakin  dekat  ketel  dengan jarak  pembakaran    energi  yang  dihasilkan  sampah  dan  yang  dapat  diserap  air semakin  kecil,  dan  jika  jarak  ketel  semakin  jauh  energi  yang  dihasilkan  sampah mendekati stabil dan energi yang dapat diserap air meningkat sampai jarak 15 cm, dan jarak maksimum belum diketahui.

## DAFTAR PUSTAKA
Alter H, 1981, “Processing and Reuse of Municpal Waste for Energy Production”, Resources and Conservation ”, 7, pp 327-335 Chang,  D.P.Y;  1996,  “Chlorine  in  wate  combustion”, Waste  and  Harzadous Materials ; 13(1)
Caballero,  J.A:  Marcilla,  A;  Front,  R;  Conesa,  JA;  1997,  “Characterisation  of sludges primary and secondary pyrolysis”, J . Anal. Applied Pyrolysis; 4041; pp  433-450
Chang, YF; Lin, CJ; Chyan, J.M; Chen I.M; Chang, JE; 2007, “Multiple regression models  for  the  lower  heating  value  of  municipal  solid  waste  in  Taiwan”, Journal of Environmental Management ”, 85, pp 891- 899.
Cheng,  H;  Hu,  Y;  2010,  “Municipal  solid  waste  (MSW)  as  renewable  source  of energy current and future practices in China,” Boresource Technology 101 , pp 3816- 3824.
Jenkins,  B.M;  Baxterr,  L.L;  Miles  Jr,  T.R;  Miles,  TR;  1998,  “Combustion 194roperties of biomass” Fuel Processing Technology 54,  pp 17 – 46. Jinliang,  Ma:  1996  “  Soot  Formation  During  Coal  Pyrolysis”,    A  Desertation  , Department of Chemical Engineering, Brigham Young University
Johnsson,  J.E;  1994,  “Formation  and  reduction  of  Nitrogen  Oxides  in  fluidized bed combustion” Fuel; 73(9);  pp 1398-141.
Liu,  YA;  Liu,  YU;  2005,  “Novel  incineration  technology  integrated  with  drying, pyrolysis,  gasification,  and  combustion  of  MSW  and  ashes  vitrivication”, Enviromental Science Technology 39 , pp 3855- 3863. Lee,  C.C,  YA;  Lin,  SD;  2007,  “Handbook  of  environmental  engineering calculations”,  2 nd edition  39 , Mc. Graw- Hill Companies. Lewis  W  Roland,  Perumal  Nithiarasu,  Kankanhalli  N.  Seetharamu,  2004, “Fundamentals  of  the  Finite  Element  Method  for  Heat  and  Fluid  Flow”,
Copyright  2004  John  Wiley  &  Sons  Ltd,  The  Atrium,  Southern  Gate, Chichester, West Sussex PO19 8SQ, England,
Qing Zang D, Jing He P, Ming Shao L (2009) “Potential gases emissions from the combustion of municipal solid waste by bio-drying “, Journal of Hazardous Materials 158 , pp  1497-1503
Werther,  J;  Ogada,  T;  1999  “Sawage  sludge  combustion  “, Progress  in  energy and combustion Science 25, pp  55-116.
Yanwen  Guan;  Siyi  Luo,  Shiming  Liu;  Bo  Xiao,  Lei  Cai  2009  “Steam  catalytic gasification of municipal solid waste for producing tar-free fuels .